3.2 摩擦力(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第一册同步学习指导(人教版2019)

#"$在图#所示的坐标纸上已经描出了其中0次测量的弹簧弹力大小1与弹簧伸长的长度& 对应的数据点!请把第%次测量的数据对应点描绘出来!并作出1:&图线" ##$根据#"$所得的1:&图线可知!下列说法正确的是!!!!#选填选项前的字母$" &!弹簧弹力大小与弹簧的总长度成正比 '!弹簧弹力大小与弹簧伸长的长度成正比 (!该弹簧的劲度系数为#0 NE2 )!该弹簧的劲度系数为*!#0 NE2 #$$第二小组同学将同一弹簧水平放置测出其自然长度!然后竖直悬挂完成实验" 他们得到 的1:&图线用虚线表示#实线为第一组同学实验所得$" 下列图线最符合实际的 是!!!!" 创新实验提升 方法迁移!细研深究 例$!有一内壁光滑的细圆筒竖直倒置!筒内底部固定一轻质弹簧!弹簧下端套 有一细绳套!弹簧的原长小于筒的深度" 小聪同学想测量弹簧的劲度系 数和弹簧的原长" 他进行了如下操作* $ 将圆筒倒置挂于天花板上!测出圆筒的长度为#*!** =2+ % 用弹簧测力计钩住细绳套!将弹簧向下拉" 当弹簧露出筒外的长度 D " 9$!** =2时!其弹簧秤示数如图+ & 改变拉力!当弹簧露出筒外的长度D # 9/!** =2时!弹簧秤的读数为 %*!* N" 设整个实验过程中弹簧都在弹性限度内!不计一切摩擦" #"$第 % 步中弹簧秤读数为!!!!N+ ##$弹簧的劲度系数/9!!!!NE2+ #$$弹簧的原长为!!!!=2" 请同学们认真完成练案!"/" $" xyv ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念 !""分析摩擦现象#理解摩擦力产生的条件$ !#"知道动摩擦因数$ !$"通过实例#了解最大静摩擦力$ 科学思维 !""根据相对运动的方向判断滑动摩擦力的方向#并根 据1 S 9 % 1 N 计算其大小$ !#"判断静摩擦力的方向#分析静摩擦力的大小$ !""滑动摩擦力方向和大 小的确定$ !#"静摩擦力方向和大小 的确定$ #*& 探究点 " 滑动摩擦力 !!!!!!!!!!! ! !!!!! ! '()* !!情境!用弹簧测力计拖动水平固定木板上的木 块!使它做匀速运动!测力计的示数等于木块所受 摩擦力的大小" 改变木块和木板之间的压力!摩擦 力的大小也随之改变" 探究!如果摩擦力的大小跟压力的大小存在某种定量关系的话!它们可 能是怎样的关系呢% " "提示# ! +,-. !!"!定义!两个相互!!!!的物体!当它们相对滑动时!在接触面上会产 生一种阻碍!!!!运动的力!这种力叫作滑动摩擦力" #!方向!总是沿着!!!!!并且跟物体!!!!的方向相反" $!大小!滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比!即1 S 9!!!!!1压 表示压力的大小! % 为!!!!" !!%!作用效果!总是阻碍物体间的!!!!" "判断正误# #"$滑动摩擦力的方向跟运动方向相反" #!!$ ##$滑动摩擦力一定是阻力!且阻碍物体的相对运动" #!!$ #$$压力越大!滑动摩擦力一定越大" #!!$ " "思考# ! #/01 !!"!滑动摩擦力的产生条件 两物体 $ 接触面粗糙 % 相互挤压 & 有相对运动#滑动{ }$ 缺一不可 &特别提醒 有弹力#不一定有摩擦力)有摩擦力#一定有弹力$ !!#!滑动摩擦力的方向 #"$与接触面相切!且与物体相对运动的方向相反" ##$与物体的运动方向可能相同!也可能相反" "提示# !!"ˆ‰°>Wè C$Ž3v >)-12 ËÒR Ž¬¬­—2 Oš& 3¨ƒ>š„O !""BC> -1Ë~>-1IY R>ŠbÈO !#">-1‘ Ë~>Fb‡2 &Ë kþ)’_?¢“ â5FbO "思考# 静止的物体可以受到 滑动摩擦力吗" 提示!可以" 如图所 示!'板被抽出时!静 止的&物体受到向左 的滑动摩擦力" #*' "规律方法#判断滑动 摩擦力方向的步骤 !!"\] ¡B ­—)ŒMmrÚ !""ðLMmr³ z£ ¤ È !“ z À Ç"Ú !#"ÉÊ*LMm r)­—&3Ú !$"ÑÒė >)&3#R”mr B­—&3S2 ÉÊ Ä —   > ) &3O "提示# !!"#ƒ>š„¯F ¼R‡>)P-FÀ >-1 ¡:;2 ßP-O !""ŽGH&— Wˆ‰°>W)èC ÷'´-F`´-À >O À>) CD•|LM`"2 ` ' ? 5–5 -:/ O !#"ˆ‰°>W) èCP-O ´-À >¼>~>)P -.P-O !!$!滑动摩擦力的大小 #"$根据公式1 S 9 % 1压计算" $ 1压的大小不一定等于物体的重力" 可用以下四例说明 % 动摩擦因数 % 与材料和接触面的粗糙程度有关!而与物体间的压力) 接触面的大小和物体的运动情况无关" ##$由二力平衡关系计算" 物体处于平衡状态#匀速直线运动或静止$时!根据二力平衡条件求解" &特别提醒 滑动摩擦力的大小只由 % 和1压决定#与物体的运动状态'接触面积的大小 无关$ 2345 滑动摩擦力方向的判断 例"!如图所示!一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下向右拉出!鱼 缸最终没有滑出桌面" 则在上述过程中 #!!$ &!桌布对鱼缸摩擦力的方向向左 '!桌布对桌子摩擦力的方向向左 (!桌子对鱼缸摩擦力的方向向左 )!鱼缸所受摩擦力的方向一直未变 " "规律方法# 2365 滑动摩擦力大小的计算 例#!如图所示!将一张&%纸#质量可忽略不计$夹在物理习 题册内!&%纸上方书页总质量为*!$ DM!&%纸下方书 页总质量为*!0 DM!&%纸与书页之间)书与桌面之间的 动摩擦因数均为*!%!要把&% 纸从书中拉出!拉力至少应为#取> 9 "* 2E1 # !最大静摩擦力等于滑动摩擦力$ #!!$ &!% N!!!!!'!0!. N!!!!!(!#!% N!!!!!)!$!# N 探究点 # 静摩擦力 !!!!!!!!!!! ! !!!!! ! '()* !!情境!如图所示!把木块放在水平长木板上! 用弹簧测力计沿水平方向拉木块!观察弹簧测力 计示数及其变化情况" 探究!#"$随着外力的增大!静摩擦力大小变 化吗% 若变化!如何变化% ##$木块开始移动时弹簧测力计的示数有何特点% #$$若在木块上增加砝码!木块开始移动时弹簧测力计的示数如何变化% 由此得出什么结论% " "提示# #*( ! +,-. !!"!定义!相互接触的两个物体之间只有!!!!!!!!!而没有 !!!!!这时的摩擦力叫作静摩擦力" #!方向!总是沿着!!!!!跟物体!!!!!!!!的方向相反" $!最大静摩擦力!静摩擦力有一个最大值1 27T !在数值上等于物体 !!!!时的拉力" %!静摩擦力的大小!两物体之间实际产生的静摩擦力1在!!!!与最 大静摩擦力!!!!之间!即!!!!!!!!" "判断正误# #"$相互接触的物体相对静止的时候!不可能产生摩擦力" #!!$ ##$静摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同" #!!$ #$$静止的物体所受静摩擦力一定为零" #!!$ #%$摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势" #!!$ ! #/01 !!"!静摩擦力的产生条件 两物体 $ 接触面粗糙 % 相互挤压 & { }有相对运动趋势缺一不可 !!#!静摩擦力的方向 #"$在接触面上!与接触面相切!且与物体相对运动趋势的方向相反" ##$与物体运动的方向可能相同!可能相反!也可能不在同一条直线上" 例如* " "思考# &特别提醒 !""相对运动趋势是指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的趋 势#但还处于相对静止状态$ !#"%阻碍&说明了静摩擦力的作用效果#阻碍的是物体间的相对运动趋势$ !$"静摩擦力可以是阻力也可以是动力#如人跑步时地面给人的静摩擦力是 动力$ !!$!静摩擦力的大小 #"$范围** <1 . 1 27T " ##$计算*物体做匀速直线运动或静止时!根据二力平衡条件求解" #$$静摩擦力大小与正压力无关" " "拓展# "思考# 如图所示!猴子爬树 时!先是向上爬!然后 是向下爬!摩擦力的 方向如何" 有的同学 认为摩擦力是阻力! 这种说法正确吗" "拓展# ´-À>)-1 Ë>~>K>ŠF` 5 -:/ & — ' 5 ~ O — ' ” À(CF,@K$ kþ)’˜?k þ)¢“â5O #*) "规律方法#静摩擦力 有无及方向的判断 方法 !!"š„åîÁG„ ™k)Œmrâ $ÀÇA™<¬¬n ꭗA™WFIÑÒ ƒ>š„åîÉÊÀ >)•|Ëut ¶&3O !""pqÁÂì‘ pqÁ:#ÉÊW2 I, 4 Ü š ' : # hiO pq m r ½  k þ ›Ä sX ¡Bė Ù AB­—¨_ Ù A À> y ¡Bė Ù F B­—¨_ Ù FÀ > Ù &3˝B ­—¨_)&3S 2345 静摩擦力有无及方向的确定 例$!'多选(如图所示为皮带运输机的示意图!&为传送带 上的货物!则 #!!$ &!如果货物&随传送带一起向上匀速运动!&受到 沿斜面向上的摩擦力 '!如果货物&随传送带一起向下匀速运动!&受到沿斜面向下的摩 擦力 (!如果货物&和传送带都静止!&不受摩擦力 )!如果货物&和传送带都静止!&对传送带有沿斜面向下的摩擦力 " "规律方法# !!跟踪训练"!如图所示!在平直公路上有一辆 汽车!车厢中装有一木箱!试判断下列情况中!木 箱所受摩擦力的方向!并说明摩擦力是动力还是 阻力" #"$汽车内木箱随汽车由静止加速运动时+ ##$汽车内木箱随汽车刹车时+ #$$汽车内木箱随汽车做匀速直线运动时+ #%$汽车刹车!木箱在车上向前滑动时+ #0$汽车在匀速行驶过程中突然加速!木箱在车上滑动时" #** 2365 摩擦力大小的计算 " "规律方法# !!跟踪训练#!'#*#%,陕西汉中高一校联考期末(用水平力1将 木块压在竖直墙上!如图所示!已知木块重;9. N!木块与墙壁之间 的动摩擦因数 % 9*!#0!最大静摩擦力等于滑动摩擦力" 以下说法 正确的是 #!!$ &>当19#* N时!木块没有动!木块受到的摩擦力为. N '>当19"# N时!木块沿墙面下滑!木块受到的摩擦力为$ N (>当1变大时!木块受到的摩擦力也会一直变大 )>当1减小时!木块一定立即向下运动 H 规律方法 I 计算摩擦 力大小的一般步骤 #*+ 素养能力提升 拓展整合!启智培优 ‘Œ;’“‚[ !!其中相对滑动与相对静止的临界条件为静摩擦力恰好达到最大值" 2345 $静*静%突变 例0!如图所示!物体放在水平桌面上!在水平方向上共受三个力作用!即1 " )1 # 和摩擦力作用!物块处于静止状态!其中1 " 9- N!1 # 9% N!若撤去1 " !物 体仍静止不动!则物块受到的摩擦力为 #!!$ &!- N!方向向右!!!!!!!!!!!!!!!!!'!- N!方向向左 (!% N!方向向右 )!% N!方向向左 2365 $静*动%突变 例.!如图所示!在研究摩擦力的实验中!通过向小桶中增加沙子来增大对小车的拉力1!小桶的质 量忽略不计!小车与桌面间摩擦不计!则小物块&所受的摩擦力1 S 随拉力1的变化关系是 #!!$ !! 23<5 $动*静%突变 例/!如图所示!物体&的质量为" DM!置于水平地面上!物体与地面的动摩擦因数 % 9*!#" 从%9* 开始物体以一定初速度. * 向右滑行的同时!受到一个水平向左的恒力19" N的作用!则下图 中能反映物体受到的摩擦力1 S 随时间变化的图像是#取向右为正方向!>取"* 2E1#$ #!!$ 请同学们认真完成练案!"-" #+# 练案[17] (2)在弹黄的弹性限度内，弹黄的弹力和弹簧长度成线性关 系。图线为直线，由题意可知，造成偏差的原因是弹赞的形变 1.(1)ABC(2)AC 蝇出了弹簧的弹性限度 解析：(1)为了减小误差，准确读数，悬挂钩码时，应在钩码静 (3)水平放置做实验的优点：可避免弹簧自身所受重力对实脸 止后再读数，故A正确：为了保护弹黄，应在弹簧的弹性限度 的影响。缺点：弹簧与接触面及轻绳与滑轮问存在摩擦会产 范围内进行测量，故B正确：弹簧竖直悬挂，故在安装刻度尺 坐误差 时，必须使刻度尺保持竖直状态，故C正确：弹簧自身重力会 4.(3)见解析(4)15.35(15.33-15.37均可)(5)127 使弹簧伸长，由于实验时弹簧坚直悬挂，为清除弹簧自身重力 解析：(3)利用描点法得出图像，如图所示。 对弹簧原长测量的影响，应把弹簧坚直悬挂后测原长，不能将 17 弹黄平放在水平桌面上测出其长度，故D諧误。 16 (2)在题图乙中，当弹黄的弹力为零时，弹黄处于原长，故b的 原长大于a的原长，故A正璃：题图乙中图线的斜率表示弹簧 的劲度系数大小，故a的劲度系数大于b的劲度系数，故B辑 误，C正确：弹簧的弹力与弹黄的形变量成正比，故D错误。 3 2.(1)31.24em(31.23-31.25m均可)(2)见解析图 12 (3)2.8×10(4)无 解析：(1)依题意，弹簧长度读数为31.24m,考虑到偶然误 差，读数范图可为31.23cm-31.25cm。 "051015202530n/枚 (2)依题意，m-【图像如图所示。 /g (4)根据刻度尺读数规则知，壕皮脑的长度(=15.35m (5)由糊克定体可得mg=4(1-6,变形为1=1+6 1-n图像的样率哭-9g×10-Vm,解得k=2.0m代 20 入数湛解得檬皮猫原长=9.00m。挂上冰微嫩玩具，有 Mg=(1-6),解得1M=127g。 0进 2.摩擦力 20.025.030.035.040.0em (3)假定每根弹簧的动度系数为k,则有卡= 探究点1 滑动摩擦力 基础梳理 200N 5×(38.48-24.00)x10m=2.8x10N/m 1.接触相对2.接触面相对运动 (4)实验中采用国像处理数据，由胡克定律可知，弹簧弹力的 3.aF:动摩擦因数4.相对运动 增加量与弹黄的形变量变化量成正比，即△F=k△x,因此弹黄 判断正误 拉力器手柄和弹赞的自重不会对劲度系数产生影响 (1)×(2)×(3)× 3.(1)520(2)弹簧的形变超出了弹簧的弹性限度 例1：C鱼缸相对桌布向左运动，则桌布对鱼缸摩擦力的方向向 (3)可避免弹簧自身所受重力对实验的影响弹簧与接触面 右，A不符合题意：桌子相对桌布向左运动，则桌布对桌子的 及轻绳与滑轮间存在摩擦会产生误差 摩擦力方向向右，B不符合题意：当鱼缸在桌面上滑动时，鱼 解析：(1)作出F-I图像知图所示，弹黄弹力F=0时，对应的 缸相对桌面向右运动，则桌子对鱼缸摩擦力的方向向左，C符 弹簧长度为弹簧的原长，可知图像的横轴载距为该弹簧的原 合题意：鱼缸先是受到桌布向右的摩擦力，后受到桌子向左的 长，即1。=5×102m=5em,图像直线部分的斜率为该弹簧的 摩擦力，则缸所受摩擦力的方向发生了变化，D不符合 题意 劲度系数，即k= (13-5)×10NVm=20N/m. 1.6-0 例2：CA4纸与书上下两个接触面都有滑动摩擦力，则有F, 2Fs=2×0.4×3N=2.4N,当拉力等于摩擦力时，拉力最 2.0 小，所以有F=2.4N,C正确。 1.6 探究点2静摩擦力 1.2 基础梳理 0.8 1.相对运动的趋势相对运动2.接触面相对运动趋势 0.4日 3.即将开始运动4.0Fm0<F≤F 由出油由油油出中由 判断正误 0 510152025 (×10m (1)×(2)V(3)×(4)× 281 例3：AD货物A与传送带保持相对静止，所以受静摩擦力，静 仍处于静止状态，则此时受到的静摩擦力为F。=F2=4N,方 摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。如果货物A随传送 向与F,的方向相反，即为方向向右。故选C 带一起向上匀速运动，有相对于传送带向下滑动的趋势，那么 例6：B当F较小时，小车不动，与A间是静摩擦力，随着F的 摩擦力的方向沿斜面向上，故A项正确：B项错误：如果货物 增大而增大，当F达到最大静摩擦力后车开始滑动，与A间 A和传送带都静止，A相对于传送带有向下的运动趋势，传送 是滑动摩擦力，比最大静摩擦力稍小，之后F增大，摩擦力 带相对于A有向上的运动趋势，则A给传送带的摩擦力方向 不变 沿斜面向下，故C项错误，D项正确 例7：A物体先受到滑动摩擦力，大小F,=g=2N,方向水平 跟踪训练1：(1)木箱受到向前的静摩擦力，动力 向左，做匀减速直线运动，当速度减为0，物体静止，所受的摩 (2)木箱受到向后的静摩擦力，阻力 擦力为静摩擦力，大小F'=1N,方向水平向右，故A项正确。 (3)木箱不受摩擦力 (4)木箱受到向后的滑动摩擦力，阻力 练案[18] (5)木箱受到向前的滑动摩擦力.动力 1,B,<,则A相对B向右运动.故B对A施加向左的滑动 解析：(1)木箱随汽车一起由静止加速运动时，木精的惯性使 摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力，故 木箱有相对汽车向后滑动的趋势，所以木箱受到向前的静摩 A错误，B正确：若，>，则A相对B向左运动，故B对A施 擦力，该力使木脑随车向前加速运动，是木箱运动的动力。 加向右的滑动摩擦力，汽车B受到了货物A所施加的向左的 (2)汽车刹车时，速度减小，木箱的惯性使木箱有相对汽车向 滑动摩擦力，故C、D错误 前潘动的趋势，所以木箱受到向后的静摩擦力，该力使木箱随2.B根据滑动摩擦力公式可知F,=Fs=mg=0.1×40× 车一块减速，是木箱运动的阻力。 10N=40N,方向与物体相对水平面的运动方向相反，为水平 (3)木箱随汽车一起匀速运动时，二者无相对滑动，也无相对 向左，B项正确，A、C、D错误。 滑动的趋势，木箱与汽车同没有摩擦力。 3.AC摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相反，也可能 (4)汽车刹车，木箱相对汽车向前滑动，木箱相对运动方向向 与物体的运动方向相同，选项A正确：静摩擦力的方向不一定 前，所以木箱受到向后的滑动库擦力，该力是木箱运动的 与运动方向其线，也可能与运动方向成一定角度，例如用手竖 阻力。 直握住瓶子，让瓶子水平移动，选项B正确：运动的物体和静 (5)汽车在匀速行驶过程中突然加速，木箱相对汽车向后滑 止的物体都可能受到静摩擦力或滑动摩擦力的作用，例如货 动，木箱相对运动方向白后：所以木箱受到向首的滑动摩擦 物在传送带上向高处运动时，货物受静摩擦力但不静止：正在 力，该力是木辖运动的动力。 滑轨上滑行的物体，滑轨受到滑动摩藤力，而滑轨是静止的， 例4：(1)100N(2)90N0.3(3)90N 选项C正确：静摩擦力和滑动摩棕力都既可以是阻力，也可以 解析：(1)由于至少要用100N的水平拉力，才能将它拉动，则 是动力，选项D错误 最大静摩擦力F=100N。 4.C对小球受力分析可知，小球受重力、两侧铁夹的压力以 (2)由于移动以后，只要用90N的水平推力使能使它继续匀 及摩擦力作用，根据平衡条件可知，小球在竖直方向上受到的 速运动，则滑动摩擦力F,=90N 摩擦力与重力大小相等，方向相反：根据力的作用是相互的可 又由于F,=uF、=mg 知，机械手臂受到的摩擦力方向竖直向下，故B,C正确：增大 解得u=0.3。 铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力大小不变，仍等于重 (3)当用120N的水平推力推办公桌时，办公桌将加速移动， 力，故A错误：若水平移动铁夹，由于小球在竖直方向受力始 此时摩擦力为滑动摩擦力，由于接触面间的弹力与(2)中相 终平衡，故摩擦力不变，故D错误 同，则季擦力仍燃为90N 5.CP点位置在主动轮的边缘上，轮子带着传送带运动，故传 跟踪训练2：B当F=20N时，木块受到的最大静摩擦力为 送带相对轮子有向上运动的趋势，但没有相对滑动，故P点受 F.=uF=0.25×20N=5N,因为5N<G=6N,所以木块沿 到的是静摩擦力，方向向上，故A、B错误：Q点位置在从动轮 斜面下滑，木块受到的摩擦力为5N,A错误：当F=12N时 边缘上，轮子是在传送带的带动下运动的，没有打滑，故受到 木块受到的最大静摩擦力为F。=uF=0.25×12N=3N,因 的也是静摩擦力，因皮带向上运动，故Q相对于皮带有向下的 为3N<G=6N,所以木块沿墙面下滑，木块受到的摩擦力为 运动趋势，故Q受到的摩擦力方向向上，故C正确，D错误。 3N,B正确：当F变大时，若木块处于静止状态，则受到的摩6.AB根据题意，对小棋子受力分析可知，受重力、棋盘的吸引 擦力一直等于重力，大小保持不变，C错误：当F减小时，若仍 力、棋盘的支持力和静摩擦力，共受四个力的作用，故A正确： 满足F≥G,则木块仍保持静止状态.D错误。 棋子被吸在棋盘上静止时，根据平衡条件可知，棋盘对棋子的 素养能力提升 摩擦力大小等于机子的重力的大小，故D错误：根据题意，由 例5：C木块在水平方向共受到三个力F,,F,和摩擦力作用，木 平衡条件可知，竖直方向上，棋子重力的大小等于棋然对棋子 块处于静止状态，合外力为零，可知此时摩擦力为F。=F,- 静摩擦力的大小，小于棋子与棋盘间的最大静摩擦力，最大静 F,=8N-4N=4N,最大静摩擦力应大于等于4N,当撒去 摩擦力近似等于滑动摩擦力，则有F。=uF、=uF,可知，当磁 F,作用在物体上的力F2=4N,小于等于最大静摩擦力，木块 场力F一定时，4越大，F。越大，即棋盘面应选取较粗髓的材 282